Pojem „ochrana relé“ označuje velmi širokou škálu zařízení používaných v elektroenergetice.
Mezi hlavní funkce ochranných reléových zařízení (RP) patří:
- detekce poškození prvků systémů napájení;
- lokalizace a odstavení poškozené oblasti nebo elektroinstalace pro zachování funkčnosti zbytku systému;
- stanovení odchylek od běžného režimu jednotlivých elektroinstalací a částí elektrizační soustavy, v jejichž důsledku může dojít k poškození zařízení nebo ztrátě stability elektrizační soustavy;
- automatické provádění akcí zaměřených na obnovení normálního provozu (vypnutí části elektrického zařízení, zapnutí kompenzačních zařízení).
V některých případech jsou tedy ochranná zařízení na bázi relé schopna zabránit nebezpečí selhání instalací a prvků energetických systémů, v jiných – reagovat na skutečnost poškození a zastavit další vývoj nouzové situace.
Tyto akce reléové automatizace umožňují minimalizovat škody způsobené v důsledku poškození zařízení a škod způsobených nedostatkem elektrické energie spotřebitelům.
Požadovanou úroveň zabezpečení sítí a napájecích systémů reléovými ochranami a automatizačními zařízeními (RPA) určují aktuální regulační dokumenty v oblasti energetiky.
Žádná elektroinstalace nemůže být uvedena do provozu, aniž by byla vybavena ochrannými zařízeními v minimálním rozsahu stanoveném platnými předpisy.
V každém podniku, který má ve své rozvaze elektrická zařízení vybavená ochrannými reléovými zařízeními, by měl být vypracován plán pravidelné kontroly a údržby automatizace relé. Kontrolu provádění plánovaných prací na kontrole, zkoušení a údržbě reléové ochrany provádějí orgány státního energetického dozoru.
Účel reléové ochrany a elektroautomatiky
Jak již bylo zmíněno dříve, při provozu energetických zařízení a elektrických sítí jsou nevyhnutelné jejich poškození a abnormální režimy. Nejnebezpečnější jsou zkraty, poškození izolace a přetížení. Ke zkratům dochází v důsledku porušení nebo překrytí izolace, přerušení vodičů, chybné činnosti personálu (zapnutí uzemněného zařízení na napětí, odpojení odpojovačů pod zátěží) a dalších důvodů. Ve většině případů vzniká v místě zkratu elektrický oblouk, jehož tepelný účinek vede ke zničení živých částí, izolátorů a elektrických zařízení. Při zkratu se k místu poruchy blíží velké proudy (zkratové proudy), měřené v tisících ampérů, které přehřívají nepoškozené živé části a mohou způsobit další škody, tzn. je vývoj nehody. Současně dochází k hlubokému poklesu napětí v síti elektricky připojené k místu poruchy, což může vést k zastavení elektromotorů a narušení paralelního provozu generátorů. Ve většině případů lze zabránit vzniku nehod rychlým odpojením poškozené části elektrické instalace nebo sítě pomocí speciálních automatických zařízení, která fungují tak, že otevírají spínače atd. tzv. reléová ochrana. Při vypnutí spínačů poškozeného prvku zhasne elektrický oblouk v místě zkratu, zastaví se průchod zkratového proudu a na nepoškozené části elektroinstalace nebo sítě se obnoví normální napětí. Tím se minimalizuje, nebo dokonce úplně zabrání poškození zařízení, na kterém došlo ke zkratu, a také se obnoví normální provoz nepoškozeného zařízení. Hlavním účelem ochrany relé je tedy identifikace místa zkratu a rychlé automatické odpojení spínačů poškozeného zařízení nebo části sítě od zbytku nepoškozené části elektroinstalace nebo sítě. Kromě poškození elektrického zařízení může dojít k narušení normálních provozních podmínek, jako je přetížení, zemní spojení jedné fáze v síti s izolovaným neutrálem, únik plynu v důsledku rozkladu oleje v transformátoru nebo snížení hladina oleje v jeho expandéru atd. V těchto případech není nutné zařízení okamžitě vypínat, protože tyto jevy nepředstavují bezprostřední nebezpečí pro zařízení a mohou se samy vyřešit. V případě narušení normálního provozního režimu u rozvoden se stálou obsluhou proto obvykle stačí dát obsluze rozvodny varovný signál. U rozvoden bez stálé obsluhy a v některých případech u rozvoden se stálou obsluhou je zařízení vypnuto, ale vždy s časovou prodlevou. Druhým účelem ochrany relé je tedy odhalit narušení normálních provozních režimů zařízení, které může vést k nehodě, a dát varovné signály personálu údržby nebo vypnout zařízení s časovým zpožděním. Podle požadavků PTE musí být energetická zařízení elektráren, rozvoden a elektrických sítí chráněna před zkraty a narušením normálních provozních podmínek reléovými ochranami a automatizačními zařízeními. Zařízení RPA musí být trvale zapnuto s výjimkou zařízení, která musí být vyřazena z provozu v souladu s účelem a principem činnosti, režimem provozu elektrizační soustavy a podmínkami selektivity. Poplašná a výstražná zařízení musí být vždy připravena k akci. Reléová ochrana získala svůj název podle názvu hlavního prvku ochranných obvodů – relé. Historici tvrdí, že relé jako první navrhl a sestrojil ruský vědec P.L. Schilling v letech 1830-1832. Toto relé tvořilo hlavní část volacího zařízení v telegrafu, který vyvinul. O šampionát se uchází slavný fyzik Henry (je po něm pojmenována jednotka indukčnosti), který relé v roce 1835 zkonstruoval. V roce 1837 se přístroj začal používat v telegrafii, v souvislosti s nímž dostal název „štafeta“, což ve francouzštině znamenalo „přenosné koně“. V současnosti termín relé označuje širokou skupinu automatických zařízení a zařízení používaných v reléové ochraně, automatizaci, telemechanice, telegrafii, telefonii a dalších odvětvích techniky. V průmyslu reléových ochran se pod pojmem relé obvykle rozumí automaticky pracující zařízení, které vyvolá náhlou změnu (tzv. akci relé) v řídicím systému pro danou změnu řízených parametrů. Takže například relé maximálního proudu, když proud v řízeném obvodu (kde je připojeno proudové vinutí tohoto relé) vzroste na předem stanovenou hodnotu, nazývanou vybavovací proud, sepne řízený obvod svými kontakty.
A když ne amatérsky
Energetickí experti uvažují jinak. V celém technologickém řetězci výroby, přepravy a separace elektrického výrobku jsou možné různé, včetně často nepředvídatelných, kritických okolností. A dokážou vytvořit takové výrobní excesy, které mohou během zlomků sekund zničit technická a technologická zařízení nebo vést k psychické zátěži obsluhujícího personálu.
Člověk fyziologicky a psycho-emocionálně není schopen takovou krátkodobou situaci vyhodnotit. Proto byl lidský mozek v řadě funkcí v energetickém sektoru nahrazen instalacemi schopnými okamžitě rozpoznat blížící se počátek havárie odchylkou v hodnocení elektrických instalací. A to v automatickém řízení a zavedených algoritmech k předcházení katastrofám. To je důkaz toho, k čemu reléová ochrana slouží.
V průběhu desetiletí se tedy vyvinul technický slovník a neustálé sledování všech elektrických vedení a odstraňování napětí z nich v mimořádných okamžicích provádějí ultramoderní systémy, které se tradičně nazývají reléová ochrana. Termín pochází ze speciálních relé z ochranné základny prvních sovětských elektrických vedení. Můžete si prohlédnout fotografie ochrany relé.
Začněme tím, že v domácích elektrických sítích protéká střídavý proud o frekvenci 50 Hz. Toto je jeho jmenovitá hodnota, jsou přípustné odchylky ne větší než 1%, tj. 0,5 Hz. S nedostatkem aktivní spotřeby energie a přebytkem jalového výkonu může začít pokles frekvence. kam to vede? K dalšímu poklesu četnosti a nehod podobné lavině, uvažujme je podrobněji:
- Rychlost otáčení asynchronních a synchronních motorů se bude s frekvencí snižovat. U elektrárny to povede ke snížení produktivity vodních čerpadel pro vlastní potřebu – pro plnění kotlů a chlazení výkonných elektrických strojů.
Vlivem poklesu otáček elektromotorů čerpadel a mechanismů elektrárny klesá i její výkon, kvůli tomu frekvence klesá ještě rychleji, proto se jí říká frekvenční lavina.
Tyto problémy vedou k havárii v celosvětovém měřítku, pokud se tak stane například v jaderné elektrárně. Pro obnovení provozu v nominálním režimu se proto skupiny spotřebičů jeden po druhém vypínají. K tomu použijte systém automatického frekvenčního vykládání – AChR.
AFC se instaluje tam, kde může být nedostatek činného výkonu.
A když ne amatérsky
Energetickí experti uvažují jinak. V celém technologickém řetězci výroby, přepravy a separace elektrického výrobku jsou možné různé, včetně často nepředvídatelných, kritických okolností. A dokážou vytvořit takové výrobní excesy, které mohou během zlomků sekund zničit technická a technologická zařízení nebo vést k psychické zátěži obsluhujícího personálu.
Člověk fyziologicky a psycho-emocionálně není schopen takovou krátkodobou situaci vyhodnotit. Proto byl lidský mozek v řadě funkcí v energetickém sektoru nahrazen instalacemi schopnými okamžitě rozpoznat blížící se počátek havárie odchylkou v hodnocení elektrických instalací. A to v automatickém řízení a zavedených algoritmech k předcházení katastrofám. To je důkaz toho, k čemu reléová ochrana slouží.
V průběhu desetiletí se tedy vyvinul technický slovník a neustálé sledování všech elektrických vedení a odstraňování napětí z nich v mimořádných okamžicích provádějí ultramoderní systémy, které se tradičně nazývají reléová ochrana. Termín pochází ze speciálních relé z ochranné základny prvních sovětských elektrických vedení. Můžete si prohlédnout fotografie ochrany relé.
Klasifikace
Než se podíváme na to, jak funguje automatické odlehčení zátěže, podívejme se na jeho typy:
- AChR-I – vysokorychlostní ochrana. Rozsah nastavení frekvence pro AChR-1 je v rozmezí 46,5-48,8 Hz a pro AChR speciální fronty je 49,0-49,2 Hz. Podle doby odezvy – 0,15-0,3 s. V tomto případě by selektivita ochran měla vyloučit provoz automatického frekvenčního odlehčení v případě zkratu.
- AChR-II. Dá se kombinovat i nekombinovat. Část spotřebičů, která je odpojena sdruženým, se započítává do objemu AChR-1. Frekvenční rozsah AChR-2 leží v rozsahu 48,7-49,1 Hz. Shoduje se s rozsahem prvního AFR, liší se však nastavením času, konkrétně od 5 do 90 sekund. Tato doba odezvy je přijatelná, pokud zařízení může pracovat na frekvenci 49,2 Hz nebo vyšší, aniž by došlo k poškození systémů a součástí. V tomto případě jejich deaktivace pro urychlení procesu návratu na jmenovitou frekvenci nedává smysl.
- ZACHR – instalován na jaderných elektrárnách, spouští se na frekvenci 49,2 Hz po dobu 0,5 s.
Níže uvedený obrázek ukazuje harmonogram provozu AChR-1 a AChR-2:
A graf odezvy v závislosti na rychlosti snižování frekvence:
Co je ochrana elektrického zařízení?
Je jasné, že elektrická zařízení musí být chráněna. Zde je například uvedeno, jak to interpretujePUE (vydání 2002), oddíl 3, kapitola 3.1 “Ochrana elektrických sítí s napětím do 1 kV”, tento pojem: „…3.1.8. Elektrické sítě musí mít ochranu proti zkratovým proudům, zajišťující co nejkratší dobu vypnutí a požadavky na selektivitu.
Jak vidíte, pojem „ochrana elektrického zařízení“ v prvé řadě znamená ochranu elektrického zařízení před zkratovými a přetíženými proudy, které se mohou objevit v elektrických sítích. To je způsobeno skutečností, že když dojde ke zkratu, proudí v síti proudy, které jsou mnohem vyšší než přípustné a vedou k vážnému poškození. Ve skutečnosti je úkolem ochrany lokalizovat poškozené („krátké“) zařízení a vyloučit je ze sítě. Obecně platí, že ochrana proti zkratu chrání neporušená zařízení, ve kterých dojde ke zkratu. Nestalo se. Pokud tedy již došlo ke zkratu, je nutné zachránit zbývající spotřebitele a napájecí sítě a odstranit „zkratované“ zařízení z obvodu a odeslat jej do opravy.
Pokud však analyzujeme důvody vzniku zkratů. u elektrických zařízení lze říci, že většina z nich je důsledkem nekvalitního síťového napětí.
Princip
Automatické odlehčení zátěže má následující pracovní princip. Když frekvence klesne pod nominální hodnotu, začnou se vypínat spotřebiče třetí nebo druhé kategorie napájení. To je nutné pro návrat první kategorie do běžné stravy. K výpadkům dochází v krocích s různým nastavením frekvence a času.
Stupně jsou potřebné k minimalizaci přerušení dodávky energie spotřebitelům, protože ne ve všech situacích se proces poklesu frekvence vyvíjí tak kriticky, že je nutné provádět globální odstávky. A také proto, aby se při zkratu na vedení nespustilo. Spotřebitelé jsou rovnoměrně rozmístěni mezi fázemi podle jejich síly.
Automatické frekvenční odlehčení bylo založeno na frekvenčním relé. Pro organizaci odpojení spotřebitelů je nutné je rozdělit do kategorií a podle toho do TP a RU podle jejich zamýšleného účelu. V opačném případě je selektivní vypínání obtížněji realizovatelné.
Kromě odpojení spotřebičů od sítě je potřeba zajistit jejich opětovné zapnutí, k tomu slouží systém frekvenčního automatického opětného zapínání – CHAPV. Za zmínku také stojí, že v současnosti jsou čistě reléové obvody využívány jen zřídka, lze je nalézt na starých zařízeních, která neprošla rekonstrukcí. Používají se především mikroprocesorové systémy automatického frekvenčního odlehčení. Umožňují přesnější nastavení provozních parametrů pod rušivými vlivy.
Stupně ochrany relé (RP)
V moderním pojetí se mu nyní říká RZA – „A“ znamená „automatický“. Hlavní transformátory v nich měří proud (CT) a napětí (VT).
Jako každý průmyslový výrobek má i elektřina svou kvalitu, zde jsou její parametry:
- rozsah napětí (volty) a proudu (ampéry);
- frekvence sítě (hertz);
- střídavý proud je indikován sinusoidou, jsou v něm cizí zvuky, které poněkud vyrušují harmonii z rytmu;
- a některé další parametry jsou pro laiky nejasné.
Princip fungování reléové ochrany si ukážeme na příkladech. Každý parametr má svůj vlastní RZA. Jejich role:
Relé nepřetržitě monitoruje svůj stav. Například pro frekvenci, pokud klesne pod 50 hertzů, nebo pro napětí na elektrickém vedení 110 kW. Porovnává skutečnou hodnotu s rozsahem nazývaným žádaná hodnota.
Pokud jde standard nad rámec standardu, výbava přepne část s logem.
Přeskočme řadu úzce používaných pojmů a řekněme si, co máme nakonec: speciální zařízení odebírá napětí z elektrického vedení. RZA provádí ne jednu, ale několik ochran – hlavní a záložní.
Co je mezilehlé relé: design, princip činnosti, zařízení a nápady na aplikace (115 fotografií)
Domácí 12V napájecí zdroj: výběr komponent a jednoduchých obvodů, které si vytvoříte vlastníma rukama. 130 fotografií domácích univerzálních bloků
Jak funguje napěťové ovládací relé: princip fungování ochrany a nuance připojení ovládacího relé pro dům nebo byt
Ovládání výkonu
Jedná se o elektrické vedení a dálnice pro udržení jejich výkonnosti po celé zemi. Přenášejí napětí s proudem do jedné části vedení a poté se obracejí do druhé přepínáním směru personálem v důsledku nouzové situace.
Pomocí svých relé, ochrany a automatizace relé určuje vzdálenost ke zkratu, zaznamenává zbytečné výkyvy a připravuje se na vypnutí, aniž by se napěťová situace dostala do kritického bodu. Výkonová relé (RM) berou v úvahu kolísání svých směrů a jsou nakonfigurována tak, aby fungovala při dosažení kritické hodnoty.
Existuje další typ ochrany – diferenciál. Je naladěn na kolísání napětí v systému a nárůst ukazatelů proudu. Jedná se o poruchy v synchronizaci velkého počtu generujících instalací. Nebo vznikají v napěťových obvodech.
Aby se takové případy eliminovaly, jsou aktivována nastavení blokování, která zabraňují vyjmutí výkonového jističe ze systému kvůli výkyvům v systému.
